2018版高中物理第一章运动的描述4实验用打点计时器测速度学案新人教版必修1

4 实验：用打点计时器测速度
一、实验目的
1．了解两种打点计时器的结构和工作原理，并学会安装和使用． 2．理解根据纸带测量速度的原理，学会粗略测量瞬时速度． 3．理解速度—时间图象的意义，掌握描点法画图象的方法． 二、实验原理
1．打点计时器的原理及使用．
两个计数点间的位移Δx ，打两个点的时间可用Δt ＝(n －1)×0.02 s 求得，则平均速度v ＝Δx Δt ，当Δt 很短时，可以认为Δx
Δt
为t 时刻的瞬时速度． 三、实验器材
电磁打点计时器(或电火花计时器)、学生电源(电火花计时器使用220 V 交流电源)、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸.
一、实验步骤
1．了解打点计时器的结构，然后把它固定在桌子上．
2．把电磁打点计时器的两个接线柱用导线与6 V 的低压交流电源的接线柱相连接，让纸带穿过两个限位孔，压在复写纸的下面．
3．接通电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点，随后立即关闭电源． 4．取下纸带，从能看得清的某个点数起，数一数纸带上共有多少个点．如果共有n 个
点，则用Δt ＝0.02×(n －1)s 计算出纸带的运动时间Δt .
5．用刻度尺测量一下打下这些点纸带通过的距离Δx ，利用公式v ＝Δx
Δt
计算纸带在这段时间内的平均速度．把测量和计算的结果填入表中.
1．用打点计时器测量瞬时速度 (1)选取一条点迹清晰便于分析的纸带．
(2)从能够看清的某个点开始，每隔四个点取一个计数点，每两个计数点间的时间间隔
T ＝5×0.02 s＝0.1 s ．在纸带上用O
、A 、B 、C 、D 、…标出这些“计数点”，如图1­4­1
所示．
图1­4­1
依次测出OA 、AB 、BC 、CD 、…之间的距离x 1、x 2、x 3、x 4、…. (3)A 、B 、C 、D …各点的瞬时速度分别为：
v A ＝x 1＋x 22T 、v B ＝x 2＋x 32T 、v C ＝x 3＋x 42T 、v D ＝x 4＋x 5
2T
、….
2．用图象表示速度
用横轴表示时间t ，纵轴表示速度v ，建立直角坐标系．根据测量的数据在坐标系中描点，然后用平滑的曲线把这些点连接起来，即得到如图1­4­2所示的v ­t 图象.
图1­4­2
三、误差分析
1．利用平均速度来代替计数点的瞬时速度自身会带来系统误差．为减小误差，应取以计数点为中心的较小位移Δx 来求平均速度．
2．若采用分段测量计数点间的位移x ，会使测量误差增大．减小此误差的方法是一次
测量完成，即一次测出各计数点到起始计数点O 的距离，再分别计算出各计数点间的距离．
四、注意事项
1．如果在纸带上数出了n 个点，那么，它们的间隔数是(n －1)个，它们的时间间隔为(n －1)×0.02 s.
2．使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再拉动纸带． 3．手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集．
4．使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方，使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面．
5．为了减小实验误差，计数点要每隔T ＝0.1 s 选一个，即每隔四个点取一个计数点，而计算计数点的瞬时速度时，Δx 、Δt 应取此计数点前、后两个点之间的位移和时间．即v ＝
x n ＋x n ＋1
2T
. 6．打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源．
7．对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕(可先统
一测量出各个测量点到起始点O 之间的距离)，读数时应估读到毫米的下一位．
实验探究1 打点计时器的原理及使用
用打点计时器可测纸带运动的时间和位移．下面是没有按操作顺序写的不完整
的实验步骤，按照你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理顺序，将各步骤的字母代号按顺序写在空白处．
A ．在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在低压 (选填“交流”或“直流”)电源的两个接线柱上；
B ．把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过 ，并压在 下面；
C ．用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离Δx ；
D ．切断电源，取下纸带，如果共有n 个清晰的点，则这段纸带记录的时间Δt ＝ ；
E ．打开电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点；
F ．利用公式v ＝
Δx
Δt
计算纸带运动的平均速度． 实验步骤的合理顺序是 ．
【解析】 A 中电磁打点计时器应使用低压交流电源；B 中应将纸带穿过电磁打点计时器的限位孔，并放于复写纸的下方；D 中纸带上记录的时间Δt ＝(n －1)×0.02 s．合理的实验步骤为BAEDCF.
【答案】 见解析
实验探究2 计算瞬时速度并画v ­t 图象
某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动
的纸带的运动情况，在纸带上确定出A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 共7个计数点．相邻计数点间的距离如图1­4­3所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.10 s ．(本题计算结果均保留3位有效数字)
图1­4­3
(1)在实验中，使用打点计时器时应先 再 (选填“释放纸带”或“接通电源”)．
(2)每两个计数点间还有 个点没有标出．
(3)试根据纸带上各个计数点间的距离，每隔0.10 s 测一次速度，计算出打下B 、C 、D 三个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下表.
瞬时速度随时间变化的关系图线．
图1­4­4
【解析】 (1)在实验中，使用打点计时器时应先接通电源，再释放纸带． (2)每两个计数点间还有n ＝
Δt ΔT －1＝0.1 s
0.02 s
－1＝4个点没有标出． (3)v B ＝ 3.62＋4.38 ×10
－2
2×0.1 m/s ＝0.400 m/s ；
v C ＝ 5.20＋4.38 ×10－2
2×0.1 m/s ＝0.479 m/s ；
v D ＝ 5.20＋5.99 ×10－22×0.1
m/s≈0.560 m/s.
(4)图线如图所示：
【答案】(1)接通电源释放纸带(2)4 (3)0.400
0．479 0.560 (4)见解析图
1 求瞬时速度：取包含该点的尽可能短的时间间隔，应用“极限”的思想求物体的瞬时速度.如若要求纸带上B点的速度，通常是求出B点前、后相邻两点A、C间的平均速度，以此来代替B点的瞬时速度.
2 图象法：图象法是处理实验数据的常用方法，运用图象处理数据有很多优点，但在利用数据作图的过程中，由于存在偶然误差，画线时有些数据点要舍掉，以减小实验误差.画图象时应把握以下三点：
①建立坐标系时，坐标原点、坐标轴表示的物理量及单位都要标注清楚.
②画速度—时间图象时，要用平滑的曲线将各个点连接起来，不能画折线.
③标度的选取要适当，尽量让图象占据坐标系的大部分空间.。